这篇文章简单易懂， 无论是光学领域的初学者，还是前来温习的老朋友， 都能从中收获满满干货 。现在， 就让我们一起 轻松攻克那些看似复杂的关键术语与参数，开启高效学习之旅！

光是一种波，具有波长（Wavelength， λ）。如图1所示，波长即为波振动一次时传播的距离。

激光波长代表激光所携带的电磁波的空间周期 。光波波长范围大致为1mm-10nm，其中波长在380nm-760nm之间的电磁波能为人眼所感知，称为可见光。

与其他类型的光相比，激光的一个重要特征是它是单色性，但这里的“单色性”并不是指激光的波长完全纯净（即只有一个单一的频率），而是指它的光谱宽度非常窄，相对于普通光源来说，其频率分布非常集中。这种特性使得激光的“单色性”显得非常突出，但它的波长仍然有一定的宽度，而不是一个绝对单一的频率。

频率是一个完整的波在固定时间内重复的次数 ，是周期的倒数，单位是赫兹（Hz）。例如，如果一个波形在1s内完成了10 次，那么它的频率就是10H z。

如下式所示， 频率和波长具有反比关系： 波长越长，频率越小；波长越短，频率越大。

电磁波在不同介质中传播时，频率是恒定的，波长不一定相同，波速也会随之改变。当在真空中传播时，光的速度约为3×10⁸m/s。假设我们有波长为1m的光，那么频率是每秒3×10⁸周期；如果是0.5米的波长，则对应每秒6×10⁸周期的频率。

从激光器发射出来一束激光，理想光束将以一定的发散角传输至无限远。光束轮廓描述了 光束在横截面上的分布强度。常见的光束轮廓包括高斯光束和平顶光束，它们的光束轮廓分别遵循高斯和平顶函数。

光束横截面中心处的光强最强，离光轴中心越远，光强越弱。高斯光束的光强分布公式如下：

其中， 为高斯光束的束腰中心处光强，ω为束腰半径，r为光束中某点与中心轴的距离。通常描述高斯光斑直径大小的是光强强度下降到峰值光强的\( \frac{1}{e^{2}} \) （约13.5%的峰值强度）时的直径。把高斯光斑整形成平顶光斑可采用衍射型器件来实现。

图4 方型聚合物匀化DOE设计光路图（左）；聚合物匀化DOE产品图（右）

瑞利长度(Rayleigh length)是指沿着光的方向，光束半径从束腰 ω 增加到 ω 处的距离。在以束腰为中心，前后瑞利长度范围内，高斯光束近似地被认为是平行光。

高斯光束的瑞利长度由束腰半径 ω 和波长λ决定的：

其中波长 λ为真空波长除以材料的折射率n。

束腰半径即为 光束在传播路径上最细处的半径\( \frac{1}{e^{2}} \) （通常指 光强处的半径）。束腰越小，光束在焦点处越集中，但发散角越大。束腰越大，瑞利长度越长，光束在传播过程中发散得越慢。

描述光束在距离束腰越来越远的距离上发散的程度，通常用半角发散角表示，单位为弧度（rad）或毫弧度（mrad）。对于理想高斯光束（ ），发散角与束腰的关系为：

衡量实际光束与理想高斯光束的接近程度，\( M^{2}=1 \) 表示理想高斯光束，\( M^{2} \) 越接近1，说明光束质量越接近理想光束，它的光束质量就越好。光束质量因子 与发散角和束腰的关系为：

横模是光在激光器谐振腔内沿横向形成的模式 ，用于描述激光光斑上的能量分布情况。基模（TEM00）是横截面上光强分布最简单的模式，光强分布均匀，没有节点（即光强分布没有零点）。TEM00模式具有最佳的光束质量（\( M^{2} \) 因子为1），通常用于需要高光束质量的应用，如激光加工和光通信。而高阶横模（如TEMmn）则表现为更复杂的光强分布，通常包含多个光斑或节点。下标m、n分别对应光斑在x、y方向的节点数，\( N=m+n \) 为模式阶数。随着m，n的增加，模的光斑大小增加，光强分布也越复杂。

纵模是 在激光器谐振腔内形成的稳定场分布 ，其频率间隔由谐振腔的长度和折射率决定。每个纵模对应一个特定的波长或频率 ， 主要描述激光的频率特征。

纵模的形成条件主要有以下两点：

驻波条件：光在谐振腔内来回反射时，只有满足驻波条件的波长才能形成稳定的驻波（两束相向传播的光，他们的干涉结果是稳定震荡的波），即光的波长λ必须满足：\( \lambda=\frac{2nl}{q} \) ，也就是说谐振腔腔长是半波长的整数倍。其中n是介质的折射率，L是谐振腔的长度，q是正整数。

增益条件 ：在实际的激光器谐振腔振荡中，会出现模式竞争现象，增益大的纵模（如图 7（右）中的中心处纵模）会“强者愈强”，使得增益小的纵模最终无法达到激光器振荡阈值，不再振荡，实现单模选频输出，即单纵模输出。因此，最终只有落在增益介质增益谱宽范围内的纵模频率才能得到放大并输出。

需要注意的是，纵模和横模这两者不是对立的概念，并非 “不是横模，就是纵模”。纵模和横模是我们在不同侧面描述激光的时候用的两个概念而已。横和纵的区别可以认为是从腔的结构来分的，横模（表现在光斑形状）的分布是和腔的横向（xy面）结构相关的；而纵模（表现为不同的频率）间隔是和腔的纵向尺寸相关的。